Capitolo 2. La gittata cardiaca nel paziente critico
2.1 Disponibilità di ossigeno
Come accennato precedentemente, la gittata cardiaca influenza la perfusione tissutale, necessaria affinché l'organismo riceva il giusto quantitativo di ossigeno in base alla sue esigenze.
La disponibilità di ossigeno (DO2) è l'apporto di ossigeno che viene fornito ai tessuti, a un organo o all'intero organismo, nell'unità di tempo ed è possibile calcolarlo moltiplicando la gittata cardiaca per il contenuto di ossigeno nel sangue arterioso (CaO2):
DO2= CO (L/min)xCaO2(mL/dL)
questa equazione viene poi moltiplicata per 10 (dL/L) per convertire le unità in mL/min.
La CaO2 è la somma dell'ossigeno che si trova disciolto nel sangue e dell'ossigeno legato all'emoglobina.
Poiché, in un animale sano il 97% dell'ossigeno si trova legato all'emoglobina, il fattore che più influenza la DO2 è la concentrazione di questa proteina nel sangue e la sua saturazione. Possiamo quindi calcolare CaO2 (mL/dL):
CaO2= Hgb x 1,34 x SaO2 + PaO2 x 0,003
dove Hgb è la concentrazione di emoglobina nel sangue in g/dL, 1,34 mL O2/g è la costante specie specifica di Hufner (nel gatto è 1,39) che definisce la quantità di ossigeno in mL che 1gr di emoglobina saturata al
100% riesce a trasportare, SaO2 è la saturazione dell'emoglobina espressa
in percentuale, PaO2 è la pressione parziale di ossigeno nel sangue
arterioso espresso in mmHg e 0,003 è la costante di solubilità dell'ossigeno espressa in mL di O2/dL/mm Hg (Gutierrez & Theodorou, 2012). Generalmente il contenuto di ossigeno legato all'emoglobina è di circa 20,3 mL/100 mL e quello disciolto nel sangue è di circa 0,3 mL/100mL (Ko, 2013).
Analizzando queste formule possiamo affermare che una desaturazione indotta da una crisi respiratoria, somministrazione di farmaci anestetici, atelettasie polmonari o perdite importanti di emoglobina come in caso di emorragie acute, possono ridurre la CaO2 e quindi la DO2.
Altri due importanti fattori legati alla DO2 sono: il consumo di ossigeno (VO2), cioè la quantità di ossigeno utilizzata nell'unità di tempo da parte di un tessuto, un organo o l'intero organismo e la frazione di ossigeno trasportata ed effettivamente utilizzata dai tessuti detta estrazione di ossigeno (O2ER). In un paziente sano L'O2ER corrisponde a circa il 25%
dell'ossigeno trasportato ai tessuti. Questi valori sono importanti perché la quantità di ossigeno richiesta dai tessuti non è sempre la stessa, varia a seconda dello stato fisio-patologico dell'organismo. La domanda di ossigeno da parte dei tessuti non è calcolabile ma possiamo predire che durante uno stato di affaticamento, per esempio durante l'esercizio fisico, o durante uno stato di acidosi, la richiesta ed il consumo di ossigeno da parte dei tessuti sia maggiore. Per questo motivo esiste il cosiddetto concetto di debito di ossigeno: la differenza tra la richiesta di ossigeno da parte di un tessuto e la DO2. Fisiologicamente quando un tessuto richiede una maggiore quantità di ossigeno, la risposta è un aumento di DO2 e questo solitamente è sufficiente a sopperire la temporanea mancanza. Se invece l'organismo non riesce a soddisfare la richiesta di ossigeno attraverso la DO2, inizialmente i tessuti aumentano la O2ER
compensando così la mancanza, ma se la causa di una ridotta disponibilità di ossigeno persiste (es: stato di shock), il trasporto di ossigeno scende al di sotto del cosiddetto punto critico ( DO2critica ) e a questo punto le riserve di ossigeno dell'organismo sono esaurite e i tessuti andranno incontro a metabolismo anaerobico causando un incremento dei lattati (Peterson & Moses, 2011).
La DO2 può essere stimata valutando i risultati di emogas arteriosi,
quantificazione dei lattati, ecocardiografie e misurazione della gittata cardiaca e può essere incrementata agendo sulla concentrazione di emoglobina nel sangue, sulla saturazione dell'ossigeno e aumentando la gittata cardiaca. La regolazione della Do2 e della tensione di ossigeno è
affidata ai glomi cellulari delle carotidei, corpi neuroepiteliali delle vie aeree e cellule muscolari lisce dei vasi dell'albero respiratorio che, percependo una PaO2 inferiore ai 60 mmHg, inducono un aumento della
frequenza respiratoria e aumento del volume tidalico. Inoltre l'ipossia induce il blocco dei canali del potassio di queste cellule specializzate e ciò causa un rilascio di dopamina con conseguente variazione del tono vasale e del flusso ematico a favore di una maggiore perfusione tissutale (Peterson & Moses, 2011).
Tabella 2.1 (Da Peterson & Moses, 2011).
FORMULA VALORE NORMALE
VO2= CO x (CaO2-CvO2)
VO2 = CO x 1,34 x Hb(SaO2-SvO2) 110–160 mL/kg/min
O2ER= (SaO2-SvO2)/Sa2
O2ER= VO2/DO2 0,2-0,3
CaO2=(1,34xHbxSaO2)+(0.003xPaO2)
CaO2=(1.34 x Hb x SaO2) 20mL/dL
DO2=(CaO2 x CO)
CaO2 = arterial oxygen content (O2 mL/dL) (contenuto di ossigeno nel
sangue arterioso)
CI = cardiac index (L/min/m2) ( gittata cardiaca indicizzata)
CO = cardiac output (L/min) (gittata cardiaca)
CvO2 = venous oxygen content (O2 mL/dL) (contenuto di ossigeno nel
sangue arterioso)
DO2 = oxygen delivery (mL/kg/min) (disponibilità di ossigeno)
DO2crit = critical oxygen delivery (livello critico di disponibilità di
ossigeno)
Hb = hemoglobin (emoglobina)
HR = heart rate (beats/min) (frequenza cardiaca)
OER = oxygen extraction ratio (frazione di estrazione di ossigeno)
PaO2 = partial pressure of oxygen in arterial blood (mm Hg) (pressione
parziale dell'ossigeno nel sangue arterioso)
SaO2 = arterial oxygen saturation (%) (percentuale di saturazione
dell'ossigeno nel sangue arterioso)
SV = stroke volume (mL/kg/beat) (volume di eiezione)
SvO2 = venous oxygen saturation (%) (percentuale di saturazione del
sangue venoso)
VO2 = oxygen consumption (mL/kg/min) (consumo di ossigeno).
( Peterson & Moses, 2011).
2.2 L'importanza della perfusione tissutale nel paziente
critico.
La respirazione cellulare è il processo per cui molecole provenienti dall'alimentazione subiscono reazioni di ossidazione permettendo la sintesi di molecole utilizzate dalla cellula come riserva di energia, come
ATP e NADH. La respirazione cellulare utilizza l'ossigeno come molecola ossidante. La cessione dell'ossigeno dal sistema circolatorio ai tessuti è quindi di fondamentale importanza ed è garantita dalla perfusione tissutale. Per perfusione tissutale s'intende l'apporto di sangue a un letto capillare. Ogni tessuto ha la capacità di regolare la sua perfusione proporzionalmente ai suoi bisogni metabolici e di modificare il flusso ematico conseguentemente. Il microcircolo ha dei sistemi di regolazione acuti basati sui fenomeni di rapida vasocostrizione o vasodilatazione di arteriole, metarteriole e sfinteri precapillari e dei sistemi di regolazione a lungo termine che comportano un cambiamento di dimensione o di numero dei vasi che apportano il flusso ematico al tessuto. I sistemi di regolazione acuti agiscono nell'ordine di secondi o minuti e sono molto rapidi nel garantire un adeguato flusso ematico al tessuto interessato. Il meccanismo attraverso il quale avviene il controllo del flusso non è del tutto chiaro, probabilmente più meccanismi sono coinvolti, tra cui risposte metaboliche (liberazione di sostanze vasodilatatrici e apertura e chiusura ciclica dei vasi terminali in base alla pressione parziale di ossigeno nel letto capillare) e miogeniche (risposta contrattile di cellule muscolari lisce vasali allo stiramento). Indipendentemente dal meccanismo sottostante, la regolazione del microcircolo nella modifica del flusso ematico risponde a cambiamenti locali della pressione parziale di ossigeno e anidride carbonica e alla concentrazione dei prodotti del metabolismo cellulare (Guyton & Hall, 2005). La cessione di ossigeno ai tessuti dipende dall'integrità di tre sistemi: il sistema respiratorio, il sistema microcircolatorio e il sistema macrocircolatorio. Questi sistemi collaborano per garantire una ottimale distribuzione di ossigeno (DO2) tramite:
2-concentrazione e saturazione dell'emoglobina nel sangue;
3-consumo di ossigeno da parte dei tessuti;
4-buona gittata cardiaca che garantisca un buon afflusso di sangue nel compartimento arterioso (Gutierrez & Thedorou, 2011).
Figura 2.1 Fattori che influenzano la disponibilità di ossigeno (Da Gutierrez & Thedorou, 2011)
2.2.1 Scambi gassosi a livello polmonare
Gli scambi gassosi avvengono in tutto il corpo per diffusione. La diffusione dei gas attraverso i tessuti, anche a livello della membrana alveolo capillare, è descritta dalla legge di Fick che afferma che la diffusione (V) di un gas attraverso una lamina di tessuto è direttamente proporzionale all'area del tessuto (A), alla costante di diffusione
specifica per quel gas (D) e alla differenza di pressione parziale presente su ciascun lato del tessuto (P1-P2), mentre è inversamente proporzionale allo spessore del tessuto (T) (Guyton & Hall, 2005):
L'ossigeno attraversa la barriera alveolo capillare e una volta nel sangue entra nei globuli rossi e si lega all'emoglobina. La PO2 a livello del
globulo rosso che entra in un capillare polmonare è di circa 40 mmHg, mentre la PO2 a livello alveolare in aria ambiente nel paziente sano è di
circa 100 mmHg. L'ossigeno diffonde attraverso questo grande gradiente di pressione parziale e in condizioni di riposo la PO2 del capillare
raggiunge quella del gas alveolare quando il globulo rosso ha percorso solo un terzo della lunghezza del capillare. In queste condizioni il trasferimento dell'ossigeno dall'alveolo al sangue è limitato dalla perfusione. In circostanze normali la differenza di PO2 tra la fine del
capillare polmonare e il gas alveolare è molto piccola e le riserve di diffusione del polmone normali sono enormi. Se la barriera alveolo capillare è aumentata di spessore la diffusione dell'ossigeno è più lenta e la PO2 capillare equilibra quella alveolare solo alla fine del capillare
polmonare. In questo caso il trasferimento dell'ossigeno é limitato anche dalla diffusione (West, 2011).
Figura 2.2 Diffusione normale e anormale dell'ossigeno dall'alveolo al capillare polmonare in relazione al tempo (Da Guyton & Hall, 2006) .
2.2.2 Concentrazione di Hb nel sangue e sua saturazione
La quantità di emoglobina nel sangue è un determinante della disponibilità d'ossigeno. La sua concentrazione è in relazione al numero di globuli rossi ed è possibile approssimare il suo valore tramite la seguente formula:
Hb= 0.30 x Hct
Il grado di saturazione dell'emoglobina si può misurare tramite l'utilizzo del pulsossimetro (monitoraggio continuo) o effettuando un'emogas analisi di sangue arterioso (monitoraggio intermittente). Entrambe le tecniche hanno delle limitazioni ma forniscono una percentuale di saturazione dell'emoglobina contenuta nel sangue arterioso immediata (Peterson & Moses, 2011).
Il pulsossimetro effettua la misurazione assorbendo i raggi infrarossi della sola emoglobina ossidata e ridotta (920 nm e 640-660 nm) ed esclude la metaemoglobina e la carbossiemoglobina, che presentano lunghezze d'onda diverse e che non sono funzionali nel trasporto
dell'ossigeno. La presenza di eventuale metaemoglobina o
carbossiemoglobina, luci fluorescenti, movimenti o perfusione periferica tissutale ridotta, possono alterare la precisione della misurazione fatta con il pulsossimetro. Per quanto riguarda l'emogas analisi, questa paragona la quantità di PaO2 alla normale curva di dissociazione
dell'ossiemoglobina la quale è influenzata da cambiamenti di temperatura e pH.
Generalmente un animale che respira aria ambiente con un contenuto di O2 del 21%, dovrebbe presentare una saturazione almeno ≥ 90% (un
valore di saturazione al di sotto del 90% corrisponde ad un'ipossiemia) idealmente tra 95-99%. Animali che ricevono ossigeno al 100%
dovrebbero avere una saturazione almeno ≥95%, idealmente ≥ 99%. Bisogna inoltre considerare che l'affinità dell'emoglobina per l'ossigeno segue una curva (figura 4) che mette in relazione la percentuale di saturazione dell'emoglobina (SPO2) e la pressione parziale di ossigeno
nel sangue arterioso (PaO2).
Una SPO2 del 90% corrisponde a una PaO2 di circa 60mmHg.
La PaO2 può essere calcolata approssimativamente sottraendo 30 dal
valore di saturazione, quando questo si trova entro valori di 75-90%, questo perché all'interno di questo range i due parametri hanno una relazione lineare (Ko, 2013).
Ogni spostamento della curva verso destra indica un legame tra emoglobina e O2 meno forte e quindi una maggiore diffusione
dell'ossigeno nei tessuti (stati di acidosi, ipertermia, aumenti di CO2,
aumento di 2,3 bisfosfoglicerato che si ha in caso di ipossiemia); al contrario uno spostamento verso sinistra implica un legame più forte tra la proteina ematica e il gas causando una minore diffusione tissutale (ipotermia e alcalosi) (Gutierrez & Theodorou, 2011).
Figura 2.3 Relazione esistente fra la saturazione dell’emoglobina(%) e la pressione parziale di ossigeno(mmHg). La linea continua rappresenta la curva di dissociazione fisiologica. Le due curve tratteggiate rappresentano variazioni della curva a seguito della variazione del valore di pH. (Da Gutierrez &Theodorou, 2011)
L'emoglobina può legare fino a 4 atomi di ossigeno e 1gr di emoglobina saturata al 100% nel cane può trasportare 1,34 mL O2 (costante specie
specifica di Hufner).
L'interazione tra emoglobina e ossigeno è quindi influenzata dalla struttura dell'emoglobina stessa, dalla quantità di ossigeno, dall'affinità dell'O2 per la proteina e dalle condizioni fisiopatologiche del paziente
(curva di dissociazione dell'emoglobina).
La dissociazione O2-emoglobina avviene per differenza di
concentrazione tra l'emoglobina saturata e il tessuto che necessita ossigeno (Peterson & Moses, 2011) .
2.2.3 Il consumo di ossigeno da parte dei tessuti
Figura 2.4 Fattori che influenzano il consumo di ossigeno. (Da Gutierrez & Theodorou, 2011).
La richiesta di ossigeno è fortemente variabile e non è possibile calcolarla esattamente.
sufficiente a soddisfare le loro esigenze, che sono differenti da organo ad organo. Ad esempio gli organi che richiedono una maggiore perfusione sono il fegato e i reni che devono svolgere la loro funzione emuntoria, ma anche le ghiandole surrenali e la tiroide sono molto perfuse. Per i muscoli invece, l'apporto di sangue è minimo a riposo, ma può aumentare fino a 20 volte durante l'esercizio fisico. Nei i tessuti in cui l'esigenza principale è l'ossigeno, il flusso ematico è sempre garantito ad un livello leggermente superiore a quello richiesto. Questa distribuzione e regolazione così accurata, sono necessarie sia perché il cuore non riuscirebbe a pompare un volume di sangue tale da coprire le esigenze massime di tutti i tessuti, sia perché così viene ridotto al minimo il lavoro cardiaco impedendo però allo stesso tempo deficienze di sostanze nutritive e di ossigeno dei tessuti.
In caso di patologie o alterazioni circolatorie possiamo assistere a una modificazione della distribuzione e della regolazione della perfusione. Il caso più estremo di alterazione emodinamica è lo shock. Lo shock può avere diverse cause: alterazioni cardiache che riducono la capacità del cuore di pompare sangue, alterazioni del ritorno venoso per ipovolemia, ostruzioni del flusso ematico, aumento eccessivo del metabolismo corporeo che rende inadeguata la gittata cardiaca, anomalie nella perfusione tissutale. Tutti questi fattori hanno come conseguenza l'inadeguatezza dell'apporto di sostanze nutritive e di ossigeno ai tessuti e della rimozione dei prodotti di scarto da essi per la ridotta perfusione. Questa riduzione, nei distretti periferici, nei piccoli vasi può essere tale da causare un arresto del flusso sanguigno. Le cellule di questi distretti inoltre, continuando la loro attività metabolica, producono metaboliti fra cui acido lattico e acido carbonico che, riversandosi nella circolazione locale, causano aumento dell'acidità del sangue determinando una maggiore coagulabilità sanguigna e/o un aumento della viscosità
ematica, portando a ostruzione dei vasi.
Il paziente critico in stato di shock presenta anche profonde modificazioni metaboliche che aumentano la richiesta tissutale di ossigeno (Guyton & Hall 2006). Spesso questo aumento nella domanda di ossigeno, anche se associato ad un aumento della sua disponibilità, non è sufficiente a soddisfare tutti i bisogni dei tessuti a causa delle variazioni emodinamiche associate. Per questo motivo spesso la relazione DO2/VO2 è di tipo dipendente, e la distribuzione di ossigeno si
trova oltre il punto di DO2 critico.
Inoltre, possono essere presenti anche alterazioni nei meccanismi di estrazione dell'ossigeno da parte delle cellule ipossiche. Un ruolo essenziale in queste circostanze è svolto dall’endotelio che, con la liberazione di sostanze vasoattive quali l’ossido nitrico, regola la microcircolazione nei diversi organi favorendo gli scambi gassosi (Peterson & Moses, 2011).
Gli organi che soffrono maggiormente gli stati iniziali di ipossia, sono quelli che a riposo ricevono la maggior parte di sangue, come il fegato. Questo essendo anche un organo deputato alla filtrazione del sangue, se subisce un deficit funzionale per il ridotto apporto di ossigeno, diventa più sensibile alle tossine e ai metaboliti che giungono dalla vena porta e che risultano essere aumentati dallo shock stesso (Guyton & Hall 2006). L'apparato gastro enterico se colpito da grave ipossia, può riassorbire endotossine liberate dalla morte dei batteri Gram negativi intestinali che, entrando nel circolo ematico, causano aumento del metabolismo cellulare. Inoltre il danno endoteliale indotto dalla endotossiemia determina maggiore permeabilità dei vasi aggravando così l'alterazione del flusso ematico tissutale e aumentando la distanza tra cellula e capillare per interposizione di trasudato, richiedendo un aumento del gradiente di diffusione dell’O2 (Peterson & Moses, 2011 ; Gutierrez &
Theodorou,2012)
Qualsiasi forma di shock circolatorio, se non trattata, esita in un progressivo peggioramento con deterioramento dei tessuti comprendenti quelli cardiaci, il che determina un circolo vizioso che se non trattato può portare anche alla morte (Guyton & Hall 2006).
Figura 2.5 La dipendenza di VO2 dalla distribuzione di ossigeno è molto più marcata nel paziente critico (linea tratteggiata) rispetto alla normale relazione fra trasporto
e consumo di ossigeno rappresentata dalla linea continua (Da Gutierrez & Theodorou, 2012)
2.2.4 Il macrocircolo: gittata cardiaca (GC) e pressione
La GC è estremamente sensibile alle variazioni di precarico che dipendono dalla volemia. La formula che descrive il calcolo per il valore della DO2 (gittata cardiaca per contenuto di ossigeno arterioso) include
nei fattori determinanti la gittata, la concentrazione di emoglobina e la pressione parziale di ossigeno. Quando la decisione terapeutica è quella di cercare di aumentare la DO2, il clinico ha la possibilità di intervenire
target il parametro che più influenza la diminuzione di DO2. La
pressione parziale di ossigeno si può aumentare aumentando la frazione ispirata, mentre si può intervenire sulla concentrazione di emoglobina attraverso la somministrazione di prodotti ematici.
La diminuzione della gittata cardiaca può avere molteplici cause, tra cui stati ipovolemici, disfunzione di pompa, tono vascolare alterato o la presenza di patologie ostruttive. L'ipovolemia può essere secondaria a emorragia, disidratazione o relativa, dovuta ad un incremento della capacitanza venosa. Qualsiasi sia la causa, uno stato di ipovolemia rappresenta una condizione severa, che richiede un intervento urgente per migliorare lo stato emodinamico del paziente (Cecconi et al., 2011). L'instaurarsi di uno stato d'ipovolemia determina la diminuzione di volumi e pressioni circolatorie con una notevole diminuzione della gittata cardiaca e della perfusione dei distretti periferici. Tutto ciò innesca una risposta del sistema nervoso orto- simpatico ed il sistema renina-angiotensina, che agiscono determinando vasocostrizione. Questo tipo di risposta ha la finalità di mantenere costante la pressione arteriosa e il flusso cerebrale e coronarico. Qualora lo stato d'ipovolemia non venga prontamente corretta, si assiste ad un ulteriore diminuzione della gittata cardiaca che, associata all'intensa vasocostrizione, determina una diminuzione dell'apporto di ossigeno agli organi con danno di tipo ischemico e uno stato di acidosi lattica (Guyton & Hall, 2006).
Quando viene identificata una condizione di ipoperfusione, il clinico deve decidere qual è l'approccio terapeutico più indicato per la specifica situazione, considerando se il paziente richiede la somministrazione di fluidi o se sono necessari altri approcci per aumentare il flusso ematico ai tessuti (es. aumento della contrattilità).
La pressione arteriosa non può essere considerata come unico parametro da valutare in uno stato di ipoperfusione, perché può essere mantenuta in
un range normale da meccanismi compensatori, malgrado uno stato generalizzato di ipoperfusione tissutale.
Gli interventi terapeutici sono allo stato attuale mirati all'ottimizzazione dei parametri macrocircolatori, ma l'effetto delle terapie sulla porzione microcicrolatoria sta sempre più diventando argomento di ricerca (Carsetti et al., 2015).
Per quanto riguarda l'emodinamica dobbiamo considerare che il sangue per fluire deve vincere le resistenze vascolari. All'aumentare della pressione arteriosa il diametro vascolare aumenta con una conseguente riduzione della resistenza al flusso, permettendo così un aumento del flusso sanguigno fino a due volte.
Questo è fondamentale a livello arterioso poiché il cuore pompa il sangue nell'aorta a pressioni elevate e se le arterie non fossero distensibili, il sangue fluirebbe verso i tessuti solo nel periodo sistolico e si arresterebbe durante la diastole. Nel momento in cui il cuore pompa il sangue nell'aorta, questa si distende nella sua porzione prossimale. Successivamente vincendo l'inerzia del sangue grazie all'aumento della pressione intraluminale, la distensione si propaga lungo il vaso e in tutto l'albero arterioso, permettendo così la trasmissione dell'onda sfigmica con una velocità che è inversamente proporzionale alla compliance del vaso. Inoltre una minore distensibilità comporterebbe una maggiore pressione all'interno dei vasi (arteriosclerosi nel paziente anziano).
Le vene posseggono elevata capacità distensiva garantendo così una riserva sanguigna importante (nell'uomo fino al 60% del sangue è contenuto nelle vene).
Distensibilitàvascolare= Aumento del Volume
La compliance vascolare è la capacità di sangue che può essere accumulata in una specifica parte del corpo. La riserva di sangue nel letto venoso è di fondamentale importanza per l'omeostasi vascolare
Compliance vascolare= Aumento di Volume/Aumento di Pressione o
Compliance= Distensibilità x Volume
Per questo motivo la compliance di una vena è nettamente maggiore, perché a parità di volume, una vena ha una distensibilità nettamente maggiore (Guyton & Hall, 2006).
Se vogliamo migliorare la gittata cardiaca dobbiamo tener conto dei fattori che la influenzano: il ritorno venoso, la frequenza cardiaca, la contrattilità e il post carico.
Come già visto, dobbiamo inoltre considerare le leggi alle quali è sotto posto il cuore. Secondo la legge di Frank Starling è importante che il volume telediastolico sia mantenuto o ristabilito, a seconda della condizione clinica del paziente, entro valori tali da garantire una buona distensione dei miocardiociti quindi un adeguato inotropismo cardiaco. Il ritorno venoso è il maggiore determinante della gittata cardiaca ed è influenzato principalmente da: la pressione di riempimento sistemico che è anche un indicatore del volume ematico circolante, dalla pressione atriale destra che in caso di aumento del suo valore l'afflusso di sangue alla camera cardiaca è ridotto, e dalle resistenze venose (Cecconi et al. , 2011).
Nel paziente critico spesso l'instabilità vascolare è caratterizzata da ipotensione e tachicardia compensatoria, come in caso di shock.
Per molto tempo questa instabilità emodinamica è stata considerata solo come un'alterazione della pressione arteriosa sistemica, senza
considerare le variazioni di distribuzione del flusso ai tessuti, di solito insufficienti a sopperire l'aumento della richiesta di ossigeno dell'organismo. Infatti il paziente critico in stato di shock ha segni evidenti di alterazioni emodinamiche, ma l'ipoperfusione non è sempre evidenziabile e gli interventi terapeutici mirati all'aumento della pressione arteriosa potrebbero ulteriormente ridurre la perfusione tissutale (Marik, 2005).
Oggi la gestione del paziente critico dal punto di vista emodinamico, ha come priorità quella di ristabilire o migliorar la perfusione tessutale per garantire l'apporto di ossigeno e per evitare di andare incontro a sofferenza cellulare e insufficienza d'organo (MOF).
Il trattamento fluidoterapico è risaputo essere fondamentale, ma fino a poco tempo fa non esisteva una fluido terapia mirata al paziente, così gli apporti di cristalloidi e colloidi spesso risultavano essere insufficienti o eccessivi: pochi fluidi somministrati non miglioravano l'ipoperfusione tissutale e la disfunzione multiorganica peggiorava; d'altro canto un eccesso di fluidi impediva la corretta diffusione di ossigeno compromettendo l'outcome del paziente. La tempistica e il dosaggio risultano quindi essere fondamentali nella stabilizzazione del paziente critico (Marik et al. , 2011).
L'equilibrio tra la richiesta di O2, il suo trasporto e il suo consumo nei
pazienti critici, sono stati studiati da Shoemaker et al. nel 1988. Questo studio ha dimostrato che, migliorando i parametri di gittata cardiaca, di distribuzione e consumo di ossigeno, migliorava l'outcome del paziente. In particolare nel loro studio in medicina umana affermano che i pazienti che mostravano valori superiori al normale di GC, DO2 e VO2 erano più
propensi a un buon recupero post operatorio e ad una ridotta mortalità rispetto ai pazienti con valori normali dei suddetti parametri.
sopravvissuti e che presentavano valori detti “supranormal” e ne fece il goal directed therapy (letteralmente: terapia diretta all'obiettivo) per il suo studio. Selezionò infatti tre gruppi di pazienti: un gruppo di controllo con monitoraggio della pressione venosa centrale (PVC), un gruppo di controllo monitorato con un catetere inserito a livello dell'arteria polmonare (PAP) e un gruppo di studio sempre monitorato con PAP. Tutti i pazienti appartenevano allo stesso livello di rischio chirurgico basato su una serie di fattori di rischio come l'età, il tipo di trauma o di patologia, la perdita ematica ecc... .
Ai due gruppi di controllo venivano misurati paramentri emodinamici basandosi sui normali valori di riferimento e cercando di rientrare in questi con una gestione terapeutica tradizionale a discrezione del clinico. Al gruppo di studio invece venivano misurati i parametri emodinamici cercando di raggiungere quei valori medi, precedentemente calcolati nei pazienti sopravvissuti, i cosidetti “supranormal values” o valori sopranormali) di GC, DO2 e VO2.
La terapia di entrambi i gruppi era basata su un apporto di fluidi e farmaci comprendenti: cristalloidi, sangue intero, colloidi, agenti inotropi positivi come la dobutamina, vasodilatatori come la nitroglicerina e vasopressori come la dopamina la norepinefrina.
I valori ottenuti dimostrano una certa similitudine nei parametri tra il gruppo di controllo e il gruppo di studio nel preoperatorio, mentre dimostrano una differenza significativa nel post operatorio: i soggetti del gruppo di studio dimostravano di avere valori di GC, di distribuzione e di consumo di ossigeno maggiori. I valori infatti, erano ben più alti delle aspettative e del gruppo di controllo. I valori di riferimento (supranormal values) erano GC> 4.5 L/min/m2, DO
2> 600 mL/min x m2 e VO2> 170
mL/min x m2. La percentuale di mortalità dei tre gruppi è stata significativamente differente: 23% nel gruppo di controllo con CVP,
33% nel gruppo di controllo monitorato con PA e 4% nel gruppo di studio monitorato con PA.
Anche il numero di pazienti con complicazioni era nettamente inferiore nel gruppo di studio.
I valori di GC e DO2 indicano che nei pazienti del gruppo sperimentale
c'è stato un aumento compensatorio emodinamico che ha garantito il
mantenimento dell'aumento del livello metabolico richiesto
dall'organismo in fase post operatoria, dimostrato dall'aumento del VO2
(Shoemaker et al, 1988).
Recentemente la “goal directed therapy” è diventato un approccio sempre più comune al paziente critico, grazie a studi come quello citato che pongono come obiettivo un range di valori fisiologici da raggiungere attraverso scelte terapeutiche mirate e che dimostrano che con l'applicazione di queste strategie terapeutiche l'outcome del paziente critico è migliore.
Kelly ha pubblicato una review su “Critical care units” nel 1996 dove dimostra come l'outcome di un paziente sia influenzato dalla DO2 e dalla
VO2, ma il parametro fondamentale da monitorare sia la percentuale di
ossigeno nel sangue venoso che ritorna al cuore destro (SVO2). SVO2
diminuisce nel caso in cui sia diminuito l'apporto di O2 ai tessuti e dopo
che questi abbiano aumentato l'O2ER (è stata quindi superato la soglia
della DO2 critica). SVO2 infatti può essere riportata entro valori normali
solo aumentando la DO2. In particolare Kelly dimostra che la dipendenza
della VO2 a seguito del raggiungimento del valore DO2 critico può essere
reversibile migliorando l'apporto di ossigeno e questo, in certi pazienti, migliora il loro outcome (Kelly, 1996).
Altra importante questione sollevata dallo studio di McClave, è stata quella di riconoscere parametri e percentuali differenti di sopravvivenza in due tipi di pazienti in stato di shock: il gruppo A rappresenta una serie
di pazienti con una risposta bilanciata allo stress caratterizzata da aumento della GC, aumento dell'O2ER e del VO2; il gruppo B, pazienti
con una risposta stressogena non bilanciata, che presentavano O2ER e
VO2 diminuiti con una tendenza all'acidosi metabolica. Secondo McClave non solo il gruppo A era associato alla sopravvivenza e il gruppo B a una maggiore mortalità, ma ipotizza anche che la dipendenza della VO2 dalla DO2 non sia patologica ma fisiologica, in quanto i
pazienti A, a differenza dei pazienti B, erano capaci di aumentare la VO2
all'aumento della DO2.
Lo studio di McClave purtroppo non dimostra se l'aumento di DO2 è
capace di spostare i pazienti dal gruppo B al gruppo A o se previene il passaggio dei pazienti dal gruppo A al gruppo B, ma ha stato dimostrato che l'iperlatattemia e l'aumento di VO2 possono essere migliorati con
l'aumento della DO2 riducendo così la percentuale di mortalità (McClave
& Sniders, 1994).
2.3 Definizione di fluid challenge
Il fluid challenge è un test che permette, tramite somministrazione di fluidi endovenosi, di valutare le riserve di precarico di un paziente. Questo test è importante per la gestione intraoperatoria dei fluidi e per mantenere una corretta volemia grazie a un adeguato output cardiaco, che a sua volta garantisce una buona DO2.
Spesso durante gli interventi effettuati in anestesia generale l'ipotensione è una delle maggiori complicazioni a cui si può andare incontro e può essere data dai farmaci anestetici utilizzati che agiscono vasodilatando e riducendo la GC. Questa ipotensione se prolungata nel tempo può
causare gravi disturbi o danni cellulari e allungare il tempo di ripresa post-operatorio (Cecconi et al., 2011).
Sapere se un'infusione di fluidi possa o meno migliorare la gittata è di cruciale importanza quando vengono trattati pazienti instabili.
A lungo sono state misurate le pressioni centrali e i volumi che influenzano il riempimento della camere (PVC, pressione di incuneamento e volumi telediastolici dei ventricoli) ma questi non sono considerati buoni parametri predittori di responsività ai fluidi.
Altre tecniche e altri indici sono stati considerati per verificare la responsività ai fluidi, sia le fluttuazioni cicliche del VE che indici basati sulle variazioni cliniche di altri parametri emodinamici come SPV, PPV. Le variazioni di questi indici sono basate sulla ventilazione meccanica. Per questo motivo, possono essere analizzati solo in pazienti anestetizzati, ventilati meccanicamente e con un ritmo cardiaco regolare (Cavallaro et al., 2008).
Grazie al fluid challenge possiamo valutare quali sono i pazienti che effettivamente traggono beneficio dalla somministrazione di fluidi, poiché a seguito della loro somministrazione aumentano la loro gittata cardiaca e di conseguenza migliora la loro volemia e la loro pressione. Generalmente questo test viene fatto in pazienti ipovolemici o come per una terapia mirata in pazienti ad alto rischio chirurgico, permettendo così una fluidoterapia adeguata che consenta di evitare le gravi controindicazioni di una somministrazione eccessiva di fluidi (Carsetti et al. , 2015).
Il punto cardine del fluid challenge è la capacità cardiaca di aumentare la sua contrattilità a seguito di un aumento del precarico: come già detto, l'aumento del volume telediastolico deve essere sufficiente a incrementare l'allungamento delle cellule cardiache per riuscire ad aumentare l'inotropismo. Inoltre, poiché l'obbiettivo è quello di
aumentare la GC è necessario che questa venga monitorata in tempo reale. Questo veniva fatto fino a poco tempo fa con meccanismi invasivi tramite apposizione di un catetere nell'arteria polmonare, mentre oggi è possibile farlo tramite apparecchiature meno invasive che utilizzano solo una catetere posto in un arteria periferica. Durante il fluid challenge devono essere presenti monitoraggi in tempo reale e quando possibile, della GC, poiché essa è sia segno di una risposta positiva al test, se aumenta, che di risposta negativa se non subisce variazioni. Per classificare un paziente come responsivo, la GC o il VE devono aumentare di circa il 10-15 %. Se non è possibile avere un monitoraggio diretto della gittata cardiaca possono essere monitorate frequenza
cardiaca e PAM come indici indiretti di miglioramento
dell'emodinamica. La PAM è considerato un indice indiretto perché all'aumentare della gittata cardiaca si ha una maggiore immissione di sangue nel circolo nell'unità di tempo e questo comporta una maggiore pressione sistolica.
Se il paziente non risponde a un primo fluid challenge è bene non continuare per non rischiare di sfociare in un eccessivo carico di fluidi che potrebbe portare a edema polmonare, edema tissutale, coagulopatie, insufficienza renale, ileo, tempi di cicatrizzazione prolungati, ipotermia, maggiore propensione alle infezioni.
In assenza di una misurazione della gittata, alcuni parametri, come la PCV, possono essere utilizzati come parametro surrogato per porre un limite di sicurezza del fluid challenge: se durante il test, la PAM non aumenta e la pressione venosa centrale aumenta al di sopra di 8 cm H2 O,
significa che non c'è stato un aumento della GC e quindi il paziente non è responsivo e c'è un avvicinamento al rischio di sovraccarico di fluidi. Bisogna però sottolineare che la PCV è rappresentativa solamente del rapporto tra volume ematico e funzionalità cardiaca e non è un parametro
predittore di responsività (Cecconi et al 2011).
Figura 2.6 Rapporto tra pressione dell’atrio destro (misurata in mmHg) e ritorno venoso/ gittata cardiaca (L/min) in un cuore sano (linea tratteggiata) e in un cuore con ridotta contrattilità (linea punteggiata). Il punto di equilibrio di un cuore sano tra questi parametri è il punto A in cui la pressione atriale destra corrisponde a 0
mm Hg. Quando viene effettuato un fluid challenge viene aumentata la pressione mediasistemica di riempimento e il ritorno venoso aumenta spostando le curve in alto e a destra Nel cuore sano, l'aumentata efficacia della contrazione cardiaca è legata all'aumento del precarico, che determina un minimo aumento di pressione atriale destra ed è correlato ad un notevole aumento dell'inotropismo (punto B). Al
contrario in un cuore incapace di adattarsi all'aumento del precarico, se noi effettuiamo un fluid challenge, avremo un aumento maggiore di pressione atriale destra (dal punto C al punto D) e un minimo aumento di gittata cardiaca (punto D).
(Da Carsetti et al. , 2015)
Per effettuare il test è necessario ottenere un accesso venoso periferico per la somministrazione dei fluidi. Generalmente nell'essere umano vengono somministrati 200mL o 3mL/Kg di cristalloidi in tempi compresi fra 1 e 5 minuti. Uno studio ha dimostrato che non c'è significativa differenza nella mortalità dei pazienti critici se vengono utilizzati colloidi o cristalloidi per la fluidoterapia (Perel et al. , 2013), per cui lo studio suggerisce, per il fluid challenge, l'utilizzo di uno dei due a seconda delle necessità del paziente.
La differenza tra il fluid challenge e la normale somministrazione di fluidi sta proprio nel monitoraggio in tempo reale della risposta emodinamica del paziente.
Una volta osservata la responsività ai fluidi è possibile somministrare altri fluidi in infusione perché il paziente ne trae beneficio aumentando la sua gittata. Questo procedimento è detto “massimizzazione del volume di eiezione” (Carsetti et al., 2015).
2.4 Revisione della letteratura sui parametri dinamici come
predittori della responsività ai fluidi
In medicina umana gli studi effettuati sulla gestione della fluidoterapia nel periodo perioperatorio sono di gran lunga più numerosi rispetto agli studi in veterinaria, ed è possibile evidenziare come negli anni siano state proposte, verificate e confutate ipotesi sulla corretta modalità di somministrazione dei fluidi e sull'effettiva efficacia di diversi parametri considerati predittivi dell'aumento della gittata cardiaca a seguito di un bolo di fluidi.
L'obiettivo della fluidoterapia nel periodo perioperatorio è quello di garantire un adeguato ritorno venoso e dunque un'adeguata gittata cardiaca per il paziente, ma la misurazione della gittata viene raramente messa in pratica in medicina umana, per difficoltà sia tecniche che economiche (Vallet et al., 2013). In assenza della misura diretta della gittata cardiaca la fluidoterapia è stata tradizionalmente guidata con un approccio empirico da parametri come la pressione arteriosa, la frequenza cardiaca, la produzione urinaria e la pressione venosa centrale, con molte limitazioni legate alla natura di questi parametri.
Studi clinici su pazienti che tradizionalmente ricevevano grandi quantità di fluidi (pazienti sottoposti a chirurgia addominale) o limitate quantità di fluidi (pazienti sottoposti a chirurgie per protesi d'anca) hanno dimostrato che la gestione della fluidoterapia ottimizzata sul singolo paziente puó migliorare l'outcome in termini di morbidità e tempi di ospedalizzazione (Sinclair et al., 1997; Nisanevich et al., 2005). La comunità medico-scientifica attualmente riconosce che l'ottimizzazione della fluidoterapia ha un risultato misurabile sul paziente e per questo incoraggia il cambiamento delle pratiche cliniche spostandosi da un approccio empirico a un approccio basato sulla risposta del volume di eiezione del paziente in conseguenza di una somministrazione di fluidi (Vallet et al., 2013).
Attualmente le raccomandazioni per la gestione perioperatoria dei fluidi in medicina umana seguono due strategie. Il primo approccio si basa sull'ottimizzazione del volume di eiezione e la misura diretta della gittata cardiaca. L'obiettivo di questa strategia è di massimizzare il volume di eiezione e prevede la somministrazione di boli di fluidi fino al raggiungimento del plateau sulla curva di Frank-Starling, indicando che il massimo volume di eiezione per quel paziente è stato raggiunto. A questo punto i fluid challenge vengono interrotti per minimizzare il rischio di congestione venosa e un nuovo fluid challenge viene effettuato solo se il valore di volume di eiezione diminuisce nuovamente (Vallet et al., 2012). La seconda strategia prevede l'uso degli indici dinamici come predittori di responsività ai fluidi. Le condizioni per usare questi parametri sono un ritmo cardiaco regolare e la ventilazione meccanica a torace chiuso: in medicina umana viene raccomandato un volume tidalico di almeno 7 mL/kg perché le misurazioni siano considerate valide (Vallet et al., 2013). Queste condizioni escludono l'utilizzo dei parametri dinamici nei pazienti aritmici, nei pazienti che respirano
spontaneamente e nei pazienti in cui è richiesta una ventilazione protettiva (Cecconi et al., 2011).
Una metanalisi di Michard e Teboul (2002) ha analizzato 12 pubblicazioni (dal 1966 al 2002) in cui venivano valutati parametri predittivi di responsività ai fluidi in pazienti critici. Nel lavoro gli autori enfatizzano il valore clinico dei parametri dinamici analizzati (diminuzione inspiratoria di pressione atriale destra [ΔRAP], diminuzione espiratoria della pressione sistolica [Δdown], cambiamenti respiratori della pressione di polso [ΔPP] e cambiamenti respiratori della velocità di picco aortico [Δvpeak]) in quanto questi parametri risultavano essere nei vari studi fortemente predittivi nel discriminare pazienti responsivi da pazienti non responsivi. Michard e Teboul raccomandano l'utilizzo dei parametri dinamici come predittori di responsività ai fluidi ma allo stesso tempo ne evidenziano i limiti nei pazienti con aritmie. Al contrario l'uso dei parametri statici analizzati (pressione atriale destra, pressione di incuneamento dell'arteria polmonare, volume telediastolico del ventricolo destro e area telediastolica ventricolare sinistra) viene sconsigliato per predire la responsività ai fluidi in pazienti in quanto i valori basali nei vari studi non permettono una discriminazione chiara dei pazienti responsivi e non responsivi e non è possibile indicare dei valori soglia. Gli autori sottolineano che la definizione di paziente responsivo e dei valori soglia dei parametri non sono uguali in tutte le pubblicazioni analizzate: un paziente responsivo per uno studio non lo era necessariamente in un altro.
Un'altra metanalisi (Marik et al., 2009) ha permesso di sottolineare l'importanza dei parametri dinamici come predittori di responsività ai fluidi. Gli autori hanno selezionato pubblicazioni che riportavano studi
in cui parametri dinamici venivano analizzati in corso di fluid challenge, con la valutazione delle modificazioni del valore della gittata cardiaca. Ventinove studi sono stati quindi esaminati, per un totale di 685 pazienti, di cui il 56% responsivi al fluid challenge, cioè con un aumento della gittata cardiaca di almeno il 15%. Dalla metanalisi di Marik e colleghi, valori soglia di SPV, PPV e SVV di 11-13 % sono risultati predittori di responsività ai fluidi con alta specificità e sensibilità: pazienti con valori superiori alla soglia aumenteranno la loro gittata cardiaca in risposta a somministrazione di fluidi (Marik et al., 2009). Secondo i risultati di Marik e colleghi PPV è il parametro che ha un'accuratezza diagnostica significativamente più elevata rispetto a SPV e SVV. Questo risultato non ha una chiara spiegazione clinica, gli autori ipotizzano che SPV (calcolato manualmente) e SVV (calcolato tramite analisi dell'onda di contorno del polso) sono più soggetti a variabilità dovuta all'errore rispetto a PPV, che negli studi considerati veniva calcolato dal monitor attraverso l'utilizzo di un software dedicato. Gli autori sottolineano però che un grosso limite di questi parametri dinamici è quello di poterli utilizzare solo su paziente anestetizzato e dover necessariamente ventilare meccanicamente il paziente e citano uno studio che dimostra che, oltre alla ventilazione meccanica, è necessario che la PIP sia almeno di 8 cmH2O affinché questi valori siano predittivi (Reuter et al., 2003).
Uno studio di Cannesson e colleghi (2011) ha dimostrato che in corso di utilizzo del PPV per la valutazione della responsività dei pazienti ai fluidi circa il 25% dei pazienti cade in quella che loro definiscono la “zona grigia”, in cui il valore di PPV non permette al clinico di prendere una decisione precisa. Nonostante PPV sia considerato un indice altamente predittivo, tra i valori di 9 e 13% il suo valore è inconclusivo ai fini di dover prendere una decisione terapeutica: in questo range infatti PPV non ha validità nel predire la responsività dei pazienti ai fluidi.
Sebbene le raccomandazioni in medicina umana prevedono sempre l'utilizzo di un monitor di gittata ogni qualvolta si voglia ottimizzare il volume di eiezione di un paziente (Carsetti et al., 2015), questo è difficilmente proponibile nell'ambito della medicina veterinaria, perché il monitoraggio della gittata cardiaca è riservato quasi esclusivamente all'ambito della ricerca e il suo uso routinario in ambito clinico non è diffuso. Per questo motivo, recenti pubblicazioni hanno cercato di proporre i parametri dinamici come predittori della responsività ai fluidi, senza che il clinico abbia bisogno di un monitoraggio di gittata.
Rabozzi e Franci (2014) hanno condotto uno studio in cui la variazione della pressione sistolica è stata analizzata come parametro predittore della responsività ai fluidi nel cane. Il valore di SPV è stato calcolato manualmente sull'onda di pressione di cani in anestesia generale a cui era imposta la ventilazione meccanica a volume controllato con una pressione di picco inspiratorio di 8 cm H2O. I valori di frequenza cardiaca, pressione arteriosa invasiva media e SPV sono stati confrontati prima e dopo un mini fluid challenge di 3 mL/kg. Gli autori riportano un valore cut-off di SPV per la discriminazione di pazienti responsivi o non responsivi ai fluidi di 4 mmHg o 4,5 % con una sensibilità del 90% e una specificità dell'87%. Il limite principale di questo studio è che la responsività ai fluidi è stata valutata attraverso l'analisi di variazioni di frequenza cardiaca e pressione arteriosa media al posto di variazioni della gittata cardiaca. Frequenza cardiaca e pressione arteriosa sono legati alla gittata cardiaca, ma possono variare indipendentemente da essa, quindi il loro utilizzo come indici di risposta positiva ad un fluid challenge non ha un fondamento scientificamente evidente.
Un altro studio in medicina veterinaria investiga l'uso di parametri dinamici nel cane, nello specifico PPV (Diniz et al., 2014). Gli autori dimostrano che PPV aumenta in cani in anestesia generale con isoflurano
in cui viene indotta un'ipovolemia con perdita ematica fino al 30% (dal 7 al 20%), mentre se la stessa procedura viene condotta su cani in anestesia generale con isoflurano e un'infusione di dexmedetomidina associata, l'aumento del PPV è significativamente inferiore (dal 5 al 9%). Gli autori concludono sostenendo che il valore predittivo di PPV è fortemente influenzato dall'uso della dexmedetomidina in concomitanza con l'isoflurano, dunque ne sconsigliano l'uso come parametro guida nella somministrazione di fluidi nel cane in corso di infusione di dexmedetomidina.
In veterinaria sono necessari altri studi sui parametri indicatori di responsività ai fluidi per ottenere maggiori informazioni e valori di riferimento per la corretta gestione della fluidoterapia mirata al paziente, soprattutto nell'ambito della terapia intensiva e del periodo perioperatorio.
